一种磷酸铁锂动力电池组新能源轨道车的制作方法

本申请涉及动力牵引轨道车车辆技术领域，具体涉及一种磷酸铁锂动力电池组新能源轨道车。

背景技术：

随着城市轨道交通、综合管廊和铁路建设的快速发展以及我国隧道施工水平的大幅提高，工程建设阶段隧道内轨道车辆的牵引作业日益繁重。地铁轨道车作为地铁施工中各种轨料、混凝土和钢轨焊接运输的牵引动力唯一来源，是地铁施工必备的轨道施工机械。

目前国内地铁轨道车主要以柴油机为动力的轨道车为主，此种轨道车在密闭的隧道内施工存在的不足有：（1）环境污染较大，内燃机在开动时发出很大的噪音，高达100分贝，同时排放出较大的烟雾，尤其在隧洞内施工时，烟雾排放困难，严重影响工作人员和维护人员的身体健康；在高架及地面路段施工时，将会影响周围居民生活，造成不良的社会影响。（2）能量传递效率较低，内燃机的能量传递效率仅为40%，而电动机的能量传递效率可达90%。（3）内燃机使用的石化燃料是一种不可持续能源。（4）轨道车规格混乱，牵引重量偏低，速度不大，功率偏小等。

国外的地铁轨道车主要也以柴油机为动力的为主，以蓄电池为动力或者油电混合的新型轨道车发展也比较迅速。但也存在续航里程不足，牵引吨位偏小和功能不全等问题。

目前国内外研制的电动轨道车主要有低压轨道供电式电动平车、电缆卷筒供电电动轨道车、安全滑触线供电式电动轨道车、托缆供电式电动轨道车和蓄电池供电式电动轨道车。低压轨道供电、电缆卷筒供电、滑触线供电和托缆供电在远距离运输时，轨道末端或电缆末端时，其电压降较大，电动机启动困难，且在隧洞施工时，难以构建低压轨道和滑触线。

鉴于以上问题，研究无燃料绿色动力地铁轨道车代替内燃轨道车已成为社会发展、企业发展和技术发展的共同需求，也是适应国内新能源设备应用和地铁施工装备向无烟、环保、节能方向发展的必然趋势。

经专利检索，与本发明有一定关系的专利主要有以下专利：

1、申请号为“cn201811190297.7”、申请日为“2018.10.12”、公开号为“cn109263667a”、公开日为“2019.01.25”、名称为“一种地铁牵引车”、申请人为“株洲时代电子技术有限公司”的中国发明专利，该发明公开了一种地铁牵引车，包括：车架，设置于所述车架上方的车体，分别设置于车架下方沿地铁牵引车走行方向两端的两台转向架，及设置于车架下方并位于两台转向架之间的车下设备。车体包括沿地铁牵引车走行方向设置于车架上方两端的前端司机室和后端司机室，以及设置于前端司机室和后端司机室之间的电气间。电气间设置有蓄电池，蓄电池为地铁牵引车提供唯一动力源，并能满足地铁牵引车的单次救援或单次牵引作业需求。本发明能够解决现有地铁牵引车采用内燃动力存在的在地铁隧道中作业时污染严重，以及产生噪音，对周边环境存在很大影响的技术问题。但该发明没有涉及电池组设置方式、电池组温度控制装置以及新能源轨道车的安全防护系统。但该发明没有涉及电池种类、电池组布置形式、电池组温度控制装置以及新能源轨道车的安全防护系统。

2、申请号为“cn201811190299.6”、申请日为“2018.10.12”、公开号为“cn109278768a”、公开日为“2019.01.29”、名称为“一种地铁作业车”、申请人为“株洲时代电子技术有限公司”的中国发明专利，该发明公开了一种地铁作业车，包括：车架；设置于车架上方沿地铁作业车走行方向前端的司机室；设置于车架上方，位于司机室后方，并与司机室相连通的电气间；设置于车架上方，位于电气间后方的作业装置；设置于车架下方，并分别位于车架沿地铁作业车走行方向前后两端的两台转向架；及设置于车架下方并位于两台转向架之间的车下设备；电气间内设置有蓄电池，蓄电池为地铁作业车提供唯一动力源，并能满足地铁牵引车的作业需求。本发明能够解决现有地铁作业车采用内燃动力存在的在地铁隧道中作业时污染严重，以及产生噪音，对周边环境存在很大影响的技术问题。但该发明没有涉及电池种类、电池组布置形式、电池组温度控制装置以及新能源轨道车的安全防护系统。

3、申请号为“cn201610935932.4”、申请日为“2016.11.01”、公开号为“cn108016457a”、公开日为“2018.05.11”、名称为“蓄电池交流电传动作业车”、申请人为“金鹰重型工程机械有限公司”的中国发明专利，该发明涉及一种蓄电池交流电传动作业车，包括车体、转向架、司机室、机器间、作业系统和蓄电装置，转向架上安装牵引电机，牵引电机与固定在转向架轮对上的车轴齿轮箱连接；牵引电机与蓄电装置、蓄电装置管理系统、牵引逆变器、辅助变流器、车辆操纵装置、动力系统控制器组成动力传动系统；蓄电装置固定在车体下，蓄电装置管理系统、牵引逆变器及辅助变流器固定在车体上；车辆操纵装置安装在司机室内。本发明可通过蓄电装置供电运行，蓄电装置电量能满足工程车日常作业需求，降低噪音和排放，环保节能。但该发明没有涉及电池种类、电池组布置形式、电池组温度控制装置以及新能源轨道车的安全防护系统。

4、申请号为“cn201721769376.4”、申请日为“2017.12.18”、公开号为“cn207834534u”、公开日为“2018.09.07”、名称为“电池组温度控制装置及电池组温度控制系统”、申请人为“新誉轨道交通科技有限公司”的实用新型专利，该实用新型涉及电池组温度控制装置及电池组温度控制系统，包括：冷却液循环系统，适于通过冷却液对电池组温度进行调节；温度调节系统，适于对冷却液进行温度调节。该电池组温度控制装置，具有实时监控冷却管道温度，驱动冷却液循环，在超过设定温度后自动对冷却液进行加热、制冷等，实现对锂电池单体稳定可靠的温度控制，解决锂电池充电、放电过程中的发热问题，极大提高锂电池对高温、低温环境的适应性。但该实用新型没有涉及电池种类、电池组布置形式、电池组温度控制装置以及新能源轨道车的安全防护系统。

5、申请号为“201910279430.4”、申请日为“2019.04.09”、公开号为“cn110112499a”、公开日为“2019.08.09”、名称为“一种电池包复合热管理系统及其控制方法”、申请人为“江苏大学”的中国发明专利，该发明提供了一种电池包复合热管理系统及其控制方法，包括锂电池、复合相变材料、平板式热管、液冷系统、翅片、温度传感器、电池管理系统、水泵、水箱、散热器和蓄电池；复合相变材料均匀地涂抹在锂电池的四周，锂电池的正反两面贴放平板式热管的蒸发端，冷凝端露出在电池外部，并焊接有翅片；温度传感器安装在电池模组的表面，并与电池管理系统、蓄电池依次相连，电池管理系统与水泵、水箱、散热器、依次连接。平板式热管的蒸发端吸收相变材料中的热量，利用竖直液冷板给冷凝端散热，根据电池模组的温度，电池管理系统控制冷却液的流速，通过冷却液带走电池包的热量。本发明提散热效果好，提高了电池模组的安全性和使用寿命。但该发明没有涉及新能源轨道车、电池种类、电池组布置形式、电池组温度控制装置以及新能源轨道车的安全防护系统。

6、申请号为“201821460004.8”、申请日为“2018.09.05”、公开号为“cn208862051u”、公开日为“2019.05.14”、名称为“一种轨道车”、申请人为“中铁上海工程局集团有限公司”的实用新型专利，该申请公开了一种轨道车，用于解决现有技术中采用柴油发动机的轨道车工作时产生有害气体的问题。所述轨道车包括：轨道车本体和多个电池箱体；所述轨道车本体分别与所述多个电池箱体电性连接，所述多个电池箱体均设置于所述轨道车内部，所述多个电池箱体用于为所述轨道车本体提供动力来源。但该实用新型没有涉及电池种类、电池组布置形式、电池组温度控制装置以及新能源轨道车的安全防护系统。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是针对现有技术中存在的续航里程不足，牵引吨位偏小和功能不全等缺陷，提供一种充电速度快、容量大、使用寿命长、安全性好、高温性能好、续航里程长的锂动力电池组新能源轨道车。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案为：一种磷酸铁锂动力电池组新能源轨道车，包括：车体、车厢、走行部、制动系统、牵引传动系统及电池组；走行部、制动系统、牵引传动系统设置在车体下侧，车厢设置在车体上侧；所述电池组采用磷酸铁锂动力电池。磷酸铁锂动力电池充电速度快、容量大、使用寿命长、安全性好、高温性能好、续航里程长。

进一步地，所述电池组采用模块化设置，电池组由电池模块组成，所述电池模块由多个磷酸铁锂动力电池与防护罩装配组成一个整体，多个磷酸铁锂动力电池之间串/并联连接，电池模块能够整体安装和移动。

进一步地，所述电池模块设置在车厢内两侧，增大了新能源轨道车下部距轨面间隙，以适应区段积水、泥泞、积砟等复杂工况，路面适应性和运行安全性好。

进一步地，所述车厢设置有天窗，所述电池模块能够通过天窗吊装进出车厢，能够方便快捷更换电池模块。

进一步地，所述新能源轨道车还设置有电池组温控装置，所述电池组温控装置与电池模块进行热交换，以控制电池模块的工作温度，以保证电池模块的工作温度保持在合适的范围内，提高了电池的有效电容量，扩大了电池的环境温度适应范围。

进一步地，所述电池组温控装置包括：冷却加热一体机以及设置在电池模块内的热交换部件，所述热交换部件通过管路与冷却加热一体机连接。当环境温度低于磷酸铁锂动力电池的最低工作温度时，通过热交换部件对电池模块加热升温；当环境温度高于磷酸铁锂动力电池的最高工作温度时，通过热交换部件对电池模块冷却降温。

进一步地，所述冷却加热一体机包括：冷却液、膨胀水箱、水泵、ptc加热装置、冷却装置。当环境温度低于磷酸铁锂动力电池的最低工作温度时，通过ptc加热装置使冷却液加热升温；当环境温度高于磷酸铁锂动力电池的最高工作温度时，通过冷却装置使冷却液冷却降温。

进一步地，所述新能源轨道车还设置有安全防护系统，包括：限速保护子系统、区间防护子系统、疲劳驾驶提醒子系统。

本发明还涉及一种新能源轨道车的电池组更换、充电或检修方法，包括：车体、车厢及电池组，车厢设置在车体上侧；所述电池组采用磷酸铁锂动力电池，电池组由电池模块组成，设置在车厢内，车厢设置有天窗；通过整体更换电池模块的方式对电池组进行更换、充电或检修。大大缩短了电池组进行更换、充电或检修所需要的时间，提高了新能源轨道车的电池组系统的结构合理性。

进一步地，将需要更换、充电或检修的电池模块通过天窗整体吊出车厢，然后将新电池组、充满电或检修好的电池模块通过天窗整体吊入车厢安装，能够方便快捷地更换电池模块。

本发明的有益效果为：电池组采用磷酸铁锂动力电池，充电速度快、容量大、使用寿命长、安全性好、高温性能好、续航里程长。电池组采用模块化设计、设置在车厢内两侧，增大了新能源轨道车下部距轨面间隙，提高了运行安全性能。车厢设置有天窗，电池模块能够通过天窗吊装进出车厢，大大缩短了电池组进行更换、充电或检修所需要的时间，优化了新能源轨道车的结构。采用冷却加热一体机来保证电池模块的工作温度保持在合适的范围内，以提高磷酸铁锂动力电池有效电容量，适应环境温度范围更宽。

附图说明

图1为新能源轨道车的立体结构示意图；

图2为新能源轨道车正视示意图；

图3为新能源轨道车俯视示意图；

图4为图2中a-a位置剖视示意图；

图5为电池模块正视示意图；

图6为电池模块侧视示意图；

图7为电池组温控装置示意图；

图8为疲劳驾驶提醒子系统示意图；

图9为区间防护子系统示意图；

图中：1—车体、2—车厢、21—天窗、3—走行部、4—制动系统、5—牵引传动系统、6—电池模块、61—磷酸铁锂动力电池、62—防护罩、63—吊座、64—热交换部件、65—管接头、7—冷却加热一体机、8—膨胀水箱、9—管道、10—阀门。

具体实施方式

下面通过具体的实施例并结合附图对本发明做进一步的描述：

如图1至图3所示：一种磷酸铁锂动力电池组新能源轨道车，包括：车体1、车厢2、走行部3、制动系统4、牵引传动系统5、电池组，以及智能充电桩、操纵控制系统、车钩、空压机与散热器等部件；走行部3、制动系统4、牵引传动系统5设置在车体1下侧，车体中间布置动力传动系统，车厢2设置在车体1上侧；车厢2的顶上设置有天窗21，所述电池组采用磷酸铁锂动力电池。磷酸铁锂动力电池充电速度快、容量大、使用寿命长、安全性好、高温性能好、续航里程长。

如图5至图6所示：所述电池组采用模块化设置，电池组由电池模块6组成，所述电池模块6由多个磷酸铁锂动力电池61与防护罩62装配组成一个整体，多个磷酸铁锂动力电池61之间串/并联连接，防护罩62上设置有吊座63和管接头65，防护罩62内的多个磷酸铁锂动力电池61之间设置有热交换部件64，电池模块6能够整体安装和移动。

如图4所示：所述电池模块6设置在车厢2内两侧，车厢2中间设置走行通道，增大了新能源轨道车下部距轨面间隙，以适应区段积水、泥泞、积砟等复杂工况，路面适应性和运行安全性好。同时又不影响操作人员操作和通行。

如图7所示：所述新能源轨道车还设置有电池组温控装置，以便与电池模块6进行热交换，以控制电池模块6的工作温度，以保证电池模块6的工作温度保持在合适的范围内，以提高磷酸铁锂动力电池61有效电容量。

所述电池组温控装置包括：冷却加热一体机7、管路9、阀门10以及设置在电池模块6内的热交换部件64。所述冷却加热一体机7包括：冷却液、膨胀水箱8、水泵、ptc加热装置、冷却装置。所述热交换部件64通过管路9和阀门10与冷却加热一体机7连接，膨胀水箱8与管路9连接，并布置在高于冷却加热一体机7的位置，用来补充和接纳因为热胀冷缩而造成的冷却液体积变化。

当环境温度低于磷酸铁锂动力电池61的最低工作温度时，通过ptc加热装置使冷却液加热升温；水泵将加热后的冷却液通过管道9、阀门10进入热交换部件64，通过热交换部件64对电池磷酸铁锂动力电池61加热升温。当环境温度高于磷酸铁锂动力电池61的最高工作温度时，通过冷却装置使冷却液冷却降温，水泵将冷却降温的冷却液通过管道9、阀门10进入热交换部件64，通过热交换部件64对电池磷酸铁锂动力电池61冷却降温。以保证电池模块6的工作温度保持在合适的范围内，提高了磷酸铁锂动力电池61的有效电容量，扩大了磷酸铁锂动力电池61的环境温度适应范围。

所述新能源轨道车还设置有安全防护系统，包括：限速保护子系统、区间防护子系统、疲劳驾驶提醒子系统。限速保护子系统：可在行车仪表中设定车辆限速值，当超过限速值10％以内时，轨道车发出语音报警信号，并电制动减速，若在设定时间内速度不能减至设定限速以下，则系统自动制动减速停车。区间防护子系统：当车辆在线路上接近其它轨道车时可发出语音报警信号，如果车辆持续靠近到一定距离且驾驶员无减速动作时，系统自动电制动自动制动减速停车。疲劳驾驶提醒子系统：面板增加防疲劳按钮、当出现驾驶员疲劳操作时，蜂鸣器报警。

疲劳驾驶提醒子系统如图8所示：当操作者每5分钟需要按下防疲劳按钮时，新能源轨道车正常行驶。当操作者超过5分钟没有按下防疲劳按钮时，输出报警信号，同时蜂鸣器报警。当操作者在1分钟内进行了相应操作时，新能源轨道车正常行驶，并消除报警。当操作者超过1分钟没有进行了相应操作时，切换控制模式进入减速制动，并且启动预设的控制模式。

区间防护子系统系统如图9所示：当车辆在线路上接近其它轨道车时可发出语音报警信号，如果车辆持续靠近到一定距离且驾驶员无减速动作时，系统自动电制动自动制动减速停车。

本发明还涉及一种新能源轨道车的电池组更换、充电或检修方法：将需要更换、充电或检修的电池模块6通过天窗21整体吊出车厢2，然后将新电池组、充满电或检修好的电池模块6通过天窗21整体吊入车厢2安装，通过整体更换电池模块6的方式对电池组进行更换、充电或检修，大大缩短了电池组进行充电或检修所需要的时间，提高了新能源轨道车的结构合理性。

综上所述：本发明的有益效果为：电池组采用磷酸铁锂动力电池，充电速度快、容量大、使用寿命长、安全性好、高温性能好、续航里程长。电池组采用模块化设计、设置在车厢内两侧，增大了新能源轨道车下部距轨面间隙，提高了运行安全性能。车厢设置有天窗，电池模块能够通过天窗吊装进出车厢，大大缩短了电池组进行更换、充电或检修所需要的时间，优化了新能源轨道车的结构。采用冷却加热一体机来保证电池模块的工作温度保持在合适的范围内，以提高磷酸铁锂动力电池有效电容量，适应环境温度范围更宽。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化或变换，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的保护范围，本发明的保护范围应该由各权利要求限定。